第2章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)

2023/2/31/73材料成型與控制專業(yè)第二章液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

2023/2/32/731、液體的分類

·原子液體（如液態(tài)金屬、液化惰性氣體）

·分子液體（如極性與非極性分子液體）

·離子液體（如各種簡(jiǎn)單的及復(fù)雜的熔鹽）2.1材料的固液轉(zhuǎn)變2023/2/33/732、液體的表觀特征具有流動(dòng)性

（液體最顯著的性質(zhì)）；可完全占據(jù)容器的空間并取得容器內(nèi)腔的形狀

（類似于氣體，不同于固體）；不能夠象固體那樣承受剪切應(yīng)力，表明液體的原子或分子之間的結(jié)合力沒有固體中強(qiáng)

（類似于氣體，不同于固體）；具有自由表面

（類似于固體，不同于氣體）；液體可壓縮性很低

（類似于固體，不同于氣體）。2023/2/34/733、液體的基本性質(zhì)物理性質(zhì)：密度、粘度、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和擴(kuò)散系數(shù)等；物理化學(xué)性質(zhì)：等壓熱容、等容熱容、熔化和氣化潛熱、表面張力等；熱力學(xué)性質(zhì)：蒸汽壓、熱膨脹與凝固收縮等。2023/2/35/73

金屬液體粘度較大，而水的粘度非常小。2023/2/36/734、液體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與材料成形的關(guān)系液體的界面張力、潛熱等性質(zhì)

凝固過程的形核及晶體的生長(zhǎng)液體的結(jié)構(gòu)信息

凝固的微觀機(jī)制

液體的原子擴(kuò)散系數(shù)、界面張力、傳熱系數(shù)、結(jié)晶潛熱、粘度等性質(zhì)

成分偏析、固-液界面類型及晶體生長(zhǎng)方式

熱力學(xué)性質(zhì)及在液相中的擴(kuò)散速度

煉鋼、鑄造合金及焊接熔池的精煉2023/2/37/735、相變相變化過程：液體蒸發(fā)、氣體凝結(jié)、多晶轉(zhuǎn)變。一定條件下相之間的轉(zhuǎn)變過程。即：相變過程。相平衡：多相系統(tǒng)中，當(dāng)每一相物體生成速度與消失速度相等時(shí)。即宏觀上相間無物質(zhì)轉(zhuǎn)變移動(dòng)，便是平衡狀態(tài)。2023/2/38/73金屬的凝固：凝固：金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程。（宏觀）結(jié)晶：從原子不規(guī)則排列的液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樵右?guī)則排列的晶體狀態(tài)的過程。（微觀）H2O的壓力－溫度相圖2023/2/39/73金屬從固態(tài)熔化為液態(tài)時(shí)的狀態(tài)變化固態(tài)原子在平衡位置振動(dòng)振動(dòng)頻率加快，振幅增大達(dá)到新的平衡位置，晶格常數(shù)變化超過原子激活能原子離開平衡位置處的點(diǎn)陣，形成空穴離位原子達(dá)到某一數(shù)值加熱加熱加熱金屬由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)體積膨脹約3%—5%

，電阻、粘度發(fā)生變化溫度不會(huì)升高，晶粒進(jìn)一步瓦解為小的原子集團(tuán)和游離原子原子脫離晶粒的表面，晶粒失去固有的形狀和尺寸2023/2/310/732.2液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)一、液態(tài)結(jié)構(gòu)與固態(tài)結(jié)構(gòu)間的異同1、間接研究方法：研究金屬熔化、汽化時(shí)的物理現(xiàn)象間接研究液態(tài)結(jié)構(gòu)。從液態(tài)金屬的熱物理性質(zhì)看，液態(tài)結(jié)構(gòu)更像固態(tài)結(jié)構(gòu)。一些金屬在熔化和汽化時(shí)的熱物性質(zhì)變化2023/2/311/73（1）金屬的汽化潛熱遠(yuǎn)大于熔化潛熱，以鋁為例：汽化潛熱/熔化潛熱=27.8。氣態(tài)金屬——原子間結(jié)合鍵幾乎全部破壞。液態(tài)金屬——原子間結(jié)合鍵僅部分被破壞。所以，液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)類似于固態(tài)金屬。（2）由固態(tài)變液態(tài)，熵的增值相對(duì)于熔點(diǎn)前的熵值并不算大。（熵代表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)紊亂性變化）。即：在熔點(diǎn)附近：液固結(jié)構(gòu)相差不大。2023/2/312/732、直接研究方法：通過液態(tài)金屬X射線衍射分析來直接研究金屬的液態(tài)結(jié)構(gòu)。

橫坐標(biāo)為觀測(cè)點(diǎn)至某一任意選定的原子（參考中心）的距離，對(duì)于三維空間，它相當(dāng)于以所選原子為球心的一系列球體的半徑?？v坐標(biāo)表示當(dāng)半徑增加dr長(zhǎng)度時(shí)，球殼內(nèi)原子個(gè)數(shù)的變化值，其中（r）稱為密度函數(shù)。1232023/2/313/73

對(duì)于實(shí)際液體的原子分布曲線，其第一峰值與固態(tài)時(shí)的衍射線（第一條垂線）極為接近，其配位數(shù)與固態(tài)時(shí)相當(dāng)。第二峰值雖仍較明顯，但與固態(tài)時(shí)的峰值偏離增大，而且隨著r的增大，峰值與固態(tài)時(shí)的偏離也越來越大。當(dāng)它與所選原子相距較遠(yuǎn)的距離時(shí)，原子排列進(jìn)入無序狀態(tài)。表明：液態(tài)金屬中的原子在幾個(gè)原子間距的近程范圍內(nèi)，與其固態(tài)時(shí)的有序排列相近，只不過由于原子間距的增大和空穴的增多，原子配位數(shù)稍有變化。1232023/2/314/733、液體的流動(dòng)特性——像氣體；

但體積特性、熱特性——像固體——局部原子排列與固體無異——近程有序。

因此，關(guān)于液體，有兩種說法：（1）本質(zhì)上是密集的氣體；（2）高度有缺陷的晶體。4、固液在外力下，外觀的變化液體：外力——改變形狀——流動(dòng)（如重力下—水由高處流向低處）；固體：剪應(yīng)力——彈性變形；外力去除—變形消失。即：固體不能流動(dòng)。2023/2/315/735、其它方面（1）熔化時(shí)，體積膨脹3%-5%左右；（2）擴(kuò)散系數(shù)： 液——溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)約10-5cm2/sec數(shù)量級(jí)； 固——溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)約10-8cm2/sec數(shù)量級(jí)。 差1000倍。（3）晶態(tài) 固——晶體、非晶體 液——非晶體2023/2/316/73二、理想純金屬的液態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1、原子間保持較強(qiáng)的結(jié)合能；2、原子排列小距離內(nèi)（僅在原子集團(tuán)內(nèi)——幾十到幾百個(gè)原子的集團(tuán)）有規(guī)律——近程有序；3、原子集團(tuán)處于瞬息萬變狀態(tài)——能量起伏；4、原子集團(tuán)之間存在“空穴”，共有電子運(yùn)動(dòng)發(fā)生變化；（電子難飛躍“空穴”，電阻率升高）5、原子集團(tuán)尺寸、速度與溫度有關(guān)。（溫度升——尺寸降、速度大）2023/2/317/731200℃1700℃1550℃1400℃不同溫度下液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)示意圖2023/2/318/73三、實(shí)際金屬的液態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1、存在大量雜質(zhì)原子（1）雜質(zhì)是多種多樣的，非一種；（2）雜質(zhì)分布不均勻；

濃度起伏：游動(dòng)原子集團(tuán)之間存在成分不均勻性；

結(jié)合力不同：結(jié)合力強(qiáng)的易聚；

能量起伏：各微觀區(qū)域的能量不同，有的微區(qū)能量高，有的微區(qū)能量低。2023/2/319/73（3）雜質(zhì)存在方式不同：溶質(zhì)、化合物。

A、B結(jié)合力較強(qiáng)——形成新的化學(xué)鍵——臨時(shí)不穩(wěn)定化合物；（低溫化合，高溫分解）

A、B結(jié)合力非常強(qiáng)——形成強(qiáng)而穩(wěn)定的化合物——新相；

B-B、B-A結(jié)合力小于A-A，則A-A原子聚集——B被排斥在集團(tuán)外或液體表面——降低表面張力——表面活性元素。2023/2/320/732、雜質(zhì)的來源（1）常用金屬為多元合金；（2）原材料存在多種雜質(zhì)；（3）熔化時(shí)，被污染（金屬與爐氣、熔劑、爐襯反應(yīng)、吸氣，帶進(jìn)雜質(zhì)）。2023/2/321/733、實(shí)際金屬液態(tài)結(jié)構(gòu)——非常復(fù)雜。（1）也存在游動(dòng)原子團(tuán)、空穴及能量起伏；（2）原子團(tuán)、空穴中有各種合金元素及雜質(zhì)元素；（3）存在濃度起伏；（4）存在不穩(wěn)定或穩(wěn)定化合物（固、氣、液）。2023/2/322/732.3液態(tài)金屬的性質(zhì)液態(tài)合金有各種性質(zhì)，與材料成形過程關(guān)系特別密切的主要有兩個(gè)性質(zhì)：一、液態(tài)金屬（合金）的粘度二、液態(tài)金屬（合金）的表面張力2023/2/323/73一、粘度1、粘度的實(shí)質(zhì)及影響因素當(dāng)外力F（X）作用于液態(tài)表面時(shí)，其速度分布如圖所示。層與層之間存在內(nèi)摩擦力。物理意義：當(dāng)速度梯度為1時(shí),相鄰液層間單位面積上的內(nèi)摩擦力;作用于液體表面的應(yīng)力大小與垂直于該平面方向上的速度梯度的比例系數(shù)。2023/2/324/73富林克爾動(dòng)力學(xué)粘度表達(dá)式：kB

——Bolzmann常數(shù)；

U

——

為無外力作用時(shí)原子之間的結(jié)合能；

t0

——

為原子在平衡位置的振動(dòng)周期（對(duì)液態(tài)金屬約為10-13秒）；

δ——相鄰原子平衡位置的平均距離。2023/2/325/73可以看出，影響粘度的因素有：a.結(jié)合能U.

粘度隨結(jié)合能U呈指數(shù)關(guān)系增加。液體的原子之間結(jié)合力越大，則內(nèi)摩擦阻力越大，粘度就越高。粘度的本質(zhì)：原子間的結(jié)合力。b.原子間距δ.粘度隨原子間距增大而減小。

c.溫度T.總的趨勢(shì)：隨溫度T的升高而下降。d.合金元素和夾雜物

表面及界面活性元素使液體粘度降低（抑制合金液冷卻過程中原子團(tuán)的聚集長(zhǎng)大），非表面活性雜質(zhì)的存在使粘度提高。

受兩方面（正比的線性關(guān)系和負(fù)的指數(shù)關(guān)系）共同制約。液體的粘度與溫度的關(guān)系ａ）液態(tài)鎳；ｂ）液態(tài)鈷虛線：計(jì)算值；實(shí)線：不同研究者實(shí)驗(yàn)結(jié)果2023/2/326/73e.化學(xué)成分粘度本質(zhì)原子間的結(jié)合力（與熔點(diǎn)有共性）狀態(tài)圖難熔化合物的粘度較高（熔點(diǎn)高，結(jié)合力強(qiáng)），而熔點(diǎn)低的共晶成分合金其粘度較低。2023/2/327/732、粘度在材料成形中的意義粘度在金屬鑄造和焊接生產(chǎn)技術(shù)中均具有很重要的意義。為了說明問題，先引入運(yùn)動(dòng)學(xué)粘度及雷諾數(shù)的概念。

當(dāng)采用了運(yùn)動(dòng)學(xué)粘度系數(shù)之后，ν金和ν水兩者近乎一致。故在鑄件澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，完全可以按水力學(xué)原理來考慮。運(yùn)動(dòng)學(xué)粘度：動(dòng)力學(xué)粘度除以密度，即雷諾數(shù)：根據(jù)流體力學(xué)，當(dāng)雷諾數(shù)Re＞2300時(shí)為紊流；Re

＜

2300時(shí)為層流。對(duì)于圓形管道hurnuDDRe==2023/2/328/73（1）對(duì)液態(tài)金屬凈化的影響

夾雜和氣泡上浮的動(dòng)力即二者重度之差在最初很短的時(shí)間內(nèi)以加速度進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，往后便開始勻速運(yùn)動(dòng)根據(jù)stocks原理，半徑為0.1cm以下的球形雜質(zhì)的阻力Fc為：r為球形雜質(zhì)半徑，v為運(yùn)動(dòng)速度雜質(zhì)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)c＝F，故可見，夾雜和氣泡上浮的速度v與液體的粘度成反比2023/2/329/73（2）對(duì)液態(tài)合金流動(dòng)阻力的影響

設(shè)為流體流動(dòng)時(shí)的阻力系數(shù)，則有

當(dāng)液體以層流方式流動(dòng)時(shí)，阻力系數(shù)大，流動(dòng)阻力大。金屬液體的流動(dòng)成形，以紊流方式流動(dòng)最好，由于流動(dòng)阻力小，液態(tài)金屬能順利地充填型腔，故金屬液在澆注系統(tǒng)和型腔中的流動(dòng)一般為紊流。但在充型的后期或狹窄的枝晶間的補(bǔ)縮流和細(xì)薄鑄件中，則呈現(xiàn)為層流。2023/2/330/73（3）對(duì)凝固過程中液態(tài)合金對(duì)流的影響

液態(tài)金屬在冷卻和凝固過程中，由于存在溫度差和濃度差而產(chǎn)生浮力，它是液態(tài)合金對(duì)流的驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)浮力大于或等于粘滯力時(shí)則產(chǎn)生對(duì)流，其對(duì)流強(qiáng)度由無量綱的格拉曉夫準(zhǔn)則度量，即

可見粘度η越大對(duì)流強(qiáng)度越小。液體對(duì)流對(duì)結(jié)晶組織、溶質(zhì)分布、偏析、雜質(zhì)的聚合等產(chǎn)生重要影響。產(chǎn)生對(duì)流的條件：溫差和濃度差→浮力>粘滯力

對(duì)流強(qiáng)度--格拉曉夫準(zhǔn)則數(shù)：2023/2/331/73（4）粘度對(duì)成形質(zhì)量的影響

a.影響鑄件輪廓的清晰程度

在薄壁鑄件的鑄造過程中，流動(dòng)管道直徑較小，雷諾數(shù)值小，流動(dòng)性質(zhì)屬于層流。此時(shí)，為降低液體的粘度應(yīng)適當(dāng)提高過熱度或者加入表面活性物質(zhì)等。2023/2/332/73（4）粘度對(duì)成形質(zhì)量的影響

b.影響熱裂、縮孔、縮松的形成傾向

由于凝固收縮形成壓力差而造成的自然對(duì)流均屬于層流性質(zhì)，此時(shí)粘度對(duì)流動(dòng)的影響就會(huì)直接影響到鑄件的質(zhì)量。2023/2/333/73（4）粘度對(duì)成形質(zhì)量的影響

c.影響鋼鐵材料的脫硫、脫磷、擴(kuò)散脫氧

在鑄造合金熔煉及焊接過程中，冶金化學(xué)反應(yīng)均是在金屬液與熔渣的界面進(jìn)行的，金屬液中的雜質(zhì)元素及熔渣中反應(yīng)物要不斷地向界面擴(kuò)散，同時(shí)界面上的反應(yīng)產(chǎn)物也需離開界面向熔渣內(nèi)擴(kuò)散。這些反應(yīng)過程的動(dòng)力學(xué)（反應(yīng)速度和可進(jìn)行到何種程度）受到反應(yīng)物及生成物在金屬液和熔渣中的擴(kuò)散速度的影響，金屬液和熔渣的動(dòng)力學(xué)粘度η低則有利于擴(kuò)散的進(jìn)行，從而有利于脫去金屬中的雜質(zhì)元素。2023/2/334/73（4）粘度對(duì)成形質(zhì)量的影響

d.影響精煉效果及夾雜或氣孔的形成

粘度η較大時(shí)，夾雜或氣泡上浮速度較小，影響精煉效果；鑄件及焊縫的凝固中，夾雜物和氣泡難以上浮排除，易形成夾雜或氣孔。2023/2/335/73二、表面張力2023/2/336/731、概念：金屬液表面質(zhì)點(diǎn)因受周圍質(zhì)點(diǎn)對(duì)其作用力不平衡，在表面液膜單位長(zhǎng)度上所受的繃緊力，稱表面張力。液相氣相原子或分子處于力的平衡狀態(tài)受力不均，指向內(nèi)部的合力，這種受力不均引起表面原子的勢(shì)能比內(nèi)部原子的勢(shì)能高。2023/2/337/732、表面張力及其產(chǎn)生的原因

表面張力是表面上平行于表面切線方向且各方向大小相等的張力。

表面張力是由于物體在表面上的質(zhì)點(diǎn)受力不均所造成。由于液體或固體的表面原子受內(nèi)部的作用力較大，而朝著氣體的方向受力較小，這種受力不均引起表面原子的勢(shì)能比內(nèi)部原子的勢(shì)能高。因此，物體傾向于減小其表面積而產(chǎn)生表面張力。2023/2/338/733、表面張力的意義

取一小塊表面薄膜（見右圖），寬度為b，薄膜受到一繃緊力F，則有F=σ·b

得到：式中σ-表面張力系數(shù)，簡(jiǎn)稱表面張力（N/m）表面張力的一個(gè)意義是：液膜的單位長(zhǎng)度上所受的繃緊力。2023/2/339/73在力F作用下，表面液膜拉長(zhǎng)

，則F所作的功為：(——液膜拉長(zhǎng)后增加的面積）

作的這項(xiàng)功成為液膜上的能量，有：(不考慮摩擦力）即于是得到表面張力的另一個(gè)意義是：表面張力可以看作是液膜上單位面積的能量，即表面能。2023/2/340/734、表面與界面

表面與界面的差別在于后者泛指兩相之間的交界面，而前者特指液體（或固體）與氣體之間的交界面，但更嚴(yán)格說，應(yīng)該是指液體或固體與其蒸汽的界面。廣義上說，物體（液體或固體）與氣相之間的界面能和界面張力等于物體的表面能和表面張力。2023/2/341/735、表面張力與潤(rùn)濕角潤(rùn)濕θ角是衡量界面張力的標(biāo)志。

表面張力達(dá)到平衡時(shí)，存在下列關(guān)系：

式中，σSG為固—?dú)饨缑鎻埩Γ沪襆S為液—固界面張力；σLG為液—?dú)饨缑鎻埩?/p>

θ<90°，此時(shí)液體能夠潤(rùn)濕固體；θ=0°稱絕對(duì)潤(rùn)濕；θ>90°，此時(shí)液體不能潤(rùn)濕固體；θ=180°稱絕對(duì)不潤(rùn)濕。潤(rùn)濕角是可以測(cè)定的。2023/2/342/73

潤(rùn)濕角通常用座滴法實(shí)驗(yàn)來測(cè)定，即將液體滴在光滑的固體表面上，達(dá)到平衡后，從液滴側(cè)面記錄其形態(tài)，然后測(cè)量潤(rùn)濕角。界面的潤(rùn)濕性a)完全潤(rùn)濕b)潤(rùn)濕c)不潤(rùn)濕d)完全不潤(rùn)濕2023/2/343/736、影響表面張力的因素

影響金屬表面張力的因素主要有熔點(diǎn)、溫度和溶質(zhì)元素。

1)熔點(diǎn)表面張力的實(shí)質(zhì)是質(zhì)點(diǎn)間的作用力，故原子間結(jié)合力大的物質(zhì)，其熔點(diǎn)、沸點(diǎn)高，則表面張力往往就大。降低顆粒半徑能夠降低金屬的熔點(diǎn)。2023/2/344/73

2)溫度大多數(shù)金屬和合金，如Al、Mg、Zn等，其表面張力隨著溫度的升高而降低。因溫度升高而使液體質(zhì)點(diǎn)間的結(jié)合力減弱所至。但對(duì)于鑄鐵、碳鋼、銅及其合金則相反，即溫度升高表面張力反而增加。其原因尚不清楚。

3)溶質(zhì)元素溶質(zhì)元素對(duì)液態(tài)金屬表面張力的影響分二大類。使表面張力降低的溶質(zhì)元素叫表面活性元素（削弱原子間結(jié)合力），如鋼液和鑄鐵液中的S即為表面活性元素，也稱正吸附元素。提高表面張力的元素叫非表面活性元素，其表面的含量少于內(nèi)部含量，稱負(fù)吸附元素。2023/2/345/73金屬液的表面張力可以改變鋁液中加入第二元素鎂液中加入第二元素2023/2/346/73P、S、Si對(duì)鑄鐵熔液表面張力的影響2023/2/347/73表面活性元素的應(yīng)用：

在合金中加入少量（或微量）的表面活性元素，使其吸附在某一相的表面，降低合金的表張力，從而阻礙該相的生長(zhǎng)，達(dá)到細(xì)化該相的目的，從而提高合金的機(jī)械性能。例：在Al-Si（Si＞5%）合金中，加入表面活性元素Na、稀土、Sr等，使這些表面活性元素吸附在共晶硅的周圍，阻止該相的生長(zhǎng)，使片狀共晶硅長(zhǎng)成桿狀或粒狀，細(xì)化了合金的組織提高了合金的力學(xué)性能（生產(chǎn)中稱為變質(zhì)處理）。

2023/2/348/737、表面張力在材料成形中的意義彎曲液面產(chǎn)生的附加壓力用一根玻璃管吹一個(gè)肥皂泡，若將管口堵住→肥皂泡可以長(zhǎng)時(shí)間存在若不堵住管口→肥皂泡將會(huì)不斷縮小，很快聚成一個(gè)液滴?！瓞F(xiàn)象說明，只要液面不是平的，則其內(nèi)外壓力不同?！鹨?yàn)闅馀菔且粋€(gè)彎曲液面，液體的表面張力迫使液面向內(nèi)收縮，產(chǎn)生一種額外的壓力，這個(gè)額外的壓力叫做附加壓力。要使氣泡穩(wěn)定，氣泡內(nèi)除了要有壓力對(duì)抗大氣壓外，還必須有一個(gè)大小相等的壓力和附加壓力抗衡，所以氣泡內(nèi)的壓力必須大于外壓。

附加壓力的大小和液面的曲率半徑有關(guān)。2023/2/349/73拉普拉斯方程式：

當(dāng)曲面是球面一部分時(shí)，r1=r2，則得到附加壓力與曲率半徑的關(guān)系：

表明:→半徑越小，附加壓力越大，

→凸面液體（如液珠），附加壓力Δp為正；

→凹面液體（如液體中的氣泡），附加壓力Δp為負(fù)；

→平面液體r=∞，附加壓力Δp=0。2023/2/350/73附加壓力引起的毛細(xì)管現(xiàn)象

在一定溫度下，毛細(xì)管的半徑ｒ愈小，液體對(duì)管壁的潤(rùn)濕性愈好，液體上升越高；液體不潤(rùn)濕，則形成凸液面，液面下降。2023/2/351/73

顯然附加壓力與管道半徑成反比，毛細(xì)管現(xiàn)象不僅在圓形截面管中產(chǎn)生，在任何一個(gè)狹窄的管口、裂縫和細(xì)孔中皆能出現(xiàn)。當(dāng)r很小時(shí)將產(chǎn)生很大的附加壓力，對(duì)液態(tài)成形(鑄造)過程中液態(tài)合金的充型性能和鑄件產(chǎn)生很大影響。因此，澆注薄小鑄件時(shí)必須提高澆注溫度和壓力以克服附加壓力的阻礙。

液態(tài)成形過程中所用的鑄型或涂料材料的選擇是比較嚴(yán)格的。首先所選擇的材料與液態(tài)合金應(yīng)是不潤(rùn)濕的，如采用SiO2、Cr2O3和石墨砂等材料。在這些細(xì)小砂粒之間的縫隙中，將會(huì)產(chǎn)生阻礙液態(tài)合金滲入的附加壓力，從而使鑄件表面得以光潔，避免機(jī)械粘砂。焊接熔渣若與金屬液潤(rùn)濕，不易將其從合金液中除去，產(chǎn)生夾渣缺陷。

2023/2/352/722.4液態(tài)金屬的流動(dòng)性及充型能力2023/2/353/73一、流動(dòng)性1、概念：液態(tài)金屬本身的流動(dòng)能力。2、影響因素：成分、溫度、雜質(zhì)含量及物理性質(zhì)。與外界因素?zé)o關(guān)。3、作用：好的流動(dòng)性利于缺陷的防止：（1）補(bǔ)縮；（2）防裂；（3）充型；（4）氣體與雜質(zhì)易上浮。4、測(cè)定：澆注流動(dòng)性試樣。

試樣結(jié)構(gòu)、鑄型性質(zhì)、澆注條件相同，改變合金成分，測(cè)試樣長(zhǎng)度。2023/2/354/73出氣口澆口杯螺旋試樣

在相同的條件下澆注各種合金的螺旋形流動(dòng)性試樣，以試樣的長(zhǎng)度表示該合金的流動(dòng)性，并以所測(cè)得的合金流動(dòng)性表示合金的充型能力。2023/2/355/732023/2/356/73合格試樣不合格試樣2023/2/357/72二、充型能力

2023/2/358/731、概念：液態(tài)金屬充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰鑄件的能力。充型能力弱則可能產(chǎn)生澆不足、冷隔；充型能力過強(qiáng)則可能產(chǎn)生砂眼、鐵豆、抬箱，以及卷入性氣孔、夾砂等缺陷。2、影響充型能力的因素及提高充型能力的措施內(nèi)因：自身流動(dòng)性外因：型的性質(zhì)、澆注條件、鑄件結(jié)構(gòu)等因素的影響，是各種因素的綜合反映。2023/2/359/73（1）金屬性質(zhì)1）合金成分純金屬、共晶成分合金和金屬間化合物，有最大流動(dòng)性。（1）凝固點(diǎn)固定；（2）逐層凝固；（3）凝固層內(nèi)表面平滑，阻力?。唬?）流動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。相圖中有結(jié)晶溫度范圍的地方流動(dòng)性下降，在最大溫度范圍處，流動(dòng)性最差。（1）凝固溫度區(qū)間；（2）斷面存在兩相區(qū)；（3）前端枝晶數(shù)多，粘度大，流速小。a）在恒溫下凝固b）在一定溫度范圍內(nèi)凝固2023/2/360/73鉛-銻（Pb-Sb）合金流動(dòng)性與狀態(tài)圖的關(guān)系PbSb20406080204060800流動(dòng)性（cm）100200300溫度（℃）02023/2/361/73鐵碳合金流動(dòng)性與狀態(tài)圖的關(guān)系2023/2/362/73停止流動(dòng)機(jī)理12內(nèi)部光滑阻力小，流動(dòng)性好前端析出15~20％的固相量時(shí)，流動(dòng)就停止。

2023/2/363/73122023/2/364/73122023/2/365/732）結(jié)晶潛熱純金屬、共晶成分合金：凝固點(diǎn)固定，潛熱能發(fā)揮，利于流動(dòng)；結(jié)晶溫度范圍寬的合金：散失部分潛熱后晶粒成網(wǎng)，阻塞流動(dòng)，潛熱難發(fā)揮。對(duì)流動(dòng)性影響不大。3）比熱、密度、導(dǎo)熱系數(shù)比熱、密度大合金：含熱量多，保持液態(tài)時(shí)間長(zhǎng)，流動(dòng)性好。導(dǎo)熱系數(shù)小合金：散熱慢，流動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。2023/2/366/734）粘度層流：影響大。停流前一刻，通道面積小，阻力系數(shù)大。紊流：影響小。實(shí)驗(yàn)證明，除停流前一刻，均為紊流。5）表面張力對(duì)薄壁件，鑄件的細(xì)薄部分有影響；通常不潤(rùn)濕，阻礙型腔充填。2023/2/367/73

綜上所述，為提高充型能力，在金屬方面采取以下措施：1）正確選擇合金成分：盡量選共晶或結(jié)晶溫度范圍小的合金；2）合理的